LUMEN, LUX E CANDELE
Come misurare la luce per vederci meglio
Gli impianti di illuminazione devono garantire adeguate condizioni di visione, riducendo o eliminando stress, affaticamento, abbagliamento e disagio. Nella progettazione e valutazione di questi impianti intervengono parametri (grandezze fotometriche) che caratterizzano numericamente le proprietà di sorgenti luminose o di superfici illuminate, nel modo più congruo possibile con le nostre condizioni di visione. Le grandezze fotometriche misurano una radiazione elettromagnetica (luce), valutandola esclusivamente nel campo spettrale di sensibilità del nostro occhio. Si riconducono a un modello fisico semplificato di un processo complesso (la visione) e non considerano l'influenza del colore, campo coperto dalle grandezze colorimetriche. Sono quindi un ragionevole compromesso tecnico-scientifico per quantificare un mondo visto in bianco e nero. Le principali grandezze fotometriche sono quattro: due caratterizzano essenzialmente le sorgenti (lampade e apparecchi di illuminazione), due le superfici illuminate.
Il flusso luminoso (si misura in lumen, abbreviazione lm) definisce quanta luce viene emessa da una sorgente. Rappresenta ciò che vogliamo acquistare quando compriamo una lampadina e conseguentemente quanto pagheremo di consumo elettrico durante l'uso. È un dato riportato sulla confezione della lampada: per esempio la lampada a incandescenza da 40 W (potenza elettrica assorbita) del nostro abat-jour emette circa 400 lm. Se vogliamo aumentare la luce disponibile dovremmo aumentare la potenza assorbita o scegliere una lampada con una efficienza luminosa (rapporto tra il flusso luminoso emesso e la potenza elettrica assorbita) maggiore: una fluorescente compatta, a parità di luce emessa, assorbe solo 9 W. La lampada con efficienza luminosa maggiore è quella a “vapori di sodio a bassa pressione”: con soli 35 W si ottengono 4500 lm, ma la luce emessa è gialla. Se entrando in una galleria la Ferrari rossa che ci ha appena superato diventa improvvisamente grigia possiamo essere certi che l'impianto di illuminazione utilizza questo tipo di lampada.
Spesso occorre concentrare la luce emessa dalla lampada in determinate direzioni di interesse. È il caso degli apparecchi di illuminazione stradali: la luce che non illumina direttamente la strada è inutile.
L'intensità luminosa (si misura in candele, abbreviazione cd) è il parametro che indica quanto flusso luminoso è concentrato in una data direzione. Nelle lampade munite di riflettore questo dato è riportato nella confezione, insieme con l'indicazione dell'apertura del fascio emesso. La lampada da abat-jour dell'esempio precedente se emettesse in modo uniforme in tutte le direzioni, avrebbe una intensità luminosa di circa 30 cd. Utilizzando un riflettore che concentri tutta la luce in un angolo di 30° otterremmo in quella direzione più di 500 cd.
L'illuminamento (si misura in lux, abbreviazione lx) indica quanta luce cade su una superficie. Maggiore è l'intensità luminosa della sorgente, nella direzione della superficie illuminata, maggiore sarà l'illuminamento. Al chiaro di luna l'illuminamento è di circa 0,5 lx, mentrte una strada illuminata raggiunge 20 lx. Sulla scrivania, in ufficio, non dovrebbero esserci meno di 500 lx, in una spiaggia assolata si superano centomila lx (ma attenzione: l'abbronzatura è generata dai raggi ultravioletti, la cui intensità non può essere misurata in unità fotometriche).
La luminanza (si misura in candele al metro quadrato, abbreviazione cd m-2) è la grandezza che meglio caratterizza ciò che effettivamente vediamo. Se sulla scrivania accosto un foglio nero e uno bianco, l'illuminamento sui due sarà lo stesso, ma la luminanza del secondo è 20 volte superiore. Per questo motivo, negli impianti di illuminazione stradale, le normative impongono dei valori minimi di luminanza.
Nell'imbocco di una galleria, a parità di illuminamento, l'uso di un asfalto chiaro aumenta la luminanza del manto stradale e riduce l'effetto “buco nero”.
In Italia la legge 273/1991 assegna all'Istituto Elettrotecnico Nazionale “Galileo Ferraris” il compito di realizzare e diffondere unità fotometriche.
• La candela, unità fotometrica fondamentale, viene realizzata mediante un radiometro assoluto criogenico: uno strumento in grado di paragonare la potenza della radiazione incidente con una potenza elettrica di riferimento. Ricerche sono in corso per legare la candela direttamente a principi di ottica quantistica.
• Il lux viene ottenuto misurando la radiazione, incidente sul piano del rivelatore, di una lampada tarata in intensità luminosa e applicando la legge del quadrato delle distanze.
• Per il lumen, un sistema goniometrico fa ruotare un rivelatore tarato attorno alla sorgente, generando una sfera sulla cui superficie "virtuale" si misura l'illuminamento. Per integrazione numerica si ricava il flusso luminoso emesso.
• Per la luminanza si procede in modo simile al caso dell'illuminamento, ma occorre disporre di un campione di materiale riflettente tarato.
ROSSI GIUSEPPE (Tratto da Tuttoscienze - La Stampa)
